2023年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题4

2023年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题

考前须知：

1.请在密封钱内填写所在地区、学校、姓名和考号。

2.用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔书写。

3.本试卷共有六个大题，总分值为100分。

4.答卷时间：2023年4月15日（星期日）上午9：30~11:10»

题号一二三四五六总分

分数

复核人

[16分）某小型汽工11发电机外形如图1所示，其实质是利用一个汽油机带动一个发电机来

及电。该发种电机铭牌局部数据如下表所示，根据表中的数据求：

得分评卷人

废11

发动机（汽油机）发电机

rn在介许的1车绿1云彳〒时间认।.

发电机以额定功率输出，能够提供的电能是型号XGQF5.0型号XGQF5.0

多少度？（2）己知汽油的热值是额定功率8.3kW额定输出功率5kW

q=4.6xlO7J/kg,密度是O.7lxl(>3kg/m3,设该噪声73db额定输出电压220V

汽油机的效率为35%,那么该汽油发电机油连续运行时间8h额定频率50Hz

箱的容积至少需要多大？强制水冷四冲程自动电压保护

（3）汽油发电机将内能转化为电能的效率是多少?

二、（16分）长期以来，我国北方地区城镇居民的冬季采暖计量一般都按住

得分评卷人

宅面积收费，导致用户节能意识差，造成严重的资源浪费。作为建筑节能的

一项根本措施，近几年局部地区试点以热量表作为计量收费的依据和手段，

经测算可节能约20%~30%»水量调节阀

如图2所示，一个完整的热量

表由以下三个局部组成：一只液体

流量计，用以测量经热交换的热水

流量：一对用钳电阻制作的温度传

感器，分别测量供暖进水和回水温

度；一低功耗的单芯片计算机，根

据与其相连的流量计和温度传感器

提供的流量和温度数据，利用热力热量表热量计量系统组成

学公式可计算出用户从热交换系统图2

获得的热量，通过液晶显示器将测量数据和计算结果显示出来。

以下是某用户家中的热量表的局部参数，水的比热容取4.2xl（）3j/（kg.c）,天然气的燃烧值

约为8xl（）7j/m3。

最大流量/m3『2.5测温范围℃4~1001

温差范围/K2~50最大水压/MPa1.6

电源3.6V2Ah电源寿命25年

(1)试通过以上数据计算该型号热量表能测量的最大供热功率是多少？

(2)在一次要查看热量表记录情况时，通过逐次点按计量表上的信息显示按钮，液晶显

示器逐项显示出了以下数据:

做水温度：525C」*顾水遍度：49.7℃]*|瞬时流单：0.777n?/hl*

根蝌熊触避稣丽丽春时会顺第诋樨涮1HMi气中得到的热量约为多少J?

到此次查看时为止，该用户从这套供暖系统得到的总能量相当于完全燃烧了多少nP的天然

气？

(3)如果出现大风降温天气，住宅通过外墙散热的速度会加大。从原理分析，应该在家中

怎样调节，才能保持室内温度不出现明显下降。

(4)这种型号的热量表平均耗电功率不超过多大？

(5)2023年国家将逐渐在全国推广使用供热分户计量.假设某城区在未使用热量表计费

时，一年热力公司共消耗天然气40亿立方米，现有30%的用户使用热量表，在使用后平均每

户节能20%。按此情况计算，这些使用热量表的用户一年可节约多少天然气？

三、〔16分〕双活塞气压计是一种可以消除活塞自重影响、对低压，容器内的

得分评卷人

压强进行测量的装置。如图3所示，在甲、乙两个空腔容器中各有一个活塞

A和B,其中活塞A的截面上下一致，称为自由活塞，其横截面积为S/；

活塞B的上下截面不等，称为差动活塞，其上下两局部的横截面积分别为S2和S.“乙容器的

上、下两局部彼此隔绝，不能相互渗气、渗油。C为带有阀门K/的工作液体的接口，工作液

体充满甲容器和乙容器的上部空腔；D为带有阀门上的接口，可接待测容器；E为带有阀门

心的接口，可与抽气机相连。测量前要先校正零位平衡：K关闭，a翻开，D口不连接待测

容器，在两活塞上面放置祛码(图中未画出)，调节祛码的

质量使两活塞升起的高度相同。进行测量时，要将待测量

的容器接在D口上，并关闭心、翻开开动抽气机进

行抽气，待乙容器下部空腔内接近真空时，关闭K；、翻

开K2,此时差动活塞B己有所下降，在自由活塞A上再

加放重为G的祛码时，A、B两活塞的上外表恰好能恢复

等高。己知进行测量时大气压强为p。，求待测容器内气体

的压强小

根据帕斯卡定律可知：加在密闭液体上的压强能够大

小不变地被液体向各个方向传递。

四、〔16分〕小明看到一句农谚：“下雪不冷化雪冷"。他很好奇，想具体

得分评卷人了解一下冰雪熔化时究竟要吸收多少热量。于是查找了资料，知道“熔化热”

的定义是：单位质量的某种晶体，在熔化成同温度的液体时吸收的热量，叫

做这种晶体的熔化热。他想用实验测量一下冰的熔化热，于是找来了一些实

验器材：一架天平和配套的硅码、一支实验室温度计(0-100D>一个有密封盖子的保温桶、

一个小烧杯、一把镜子和一个专门用来在冰箱中冻小冰块的塑料冰格，又观察到家里的冰箱

面板上显示冷冻室温度恒为-18C。请帮助小明设计一个用这些器材粗测冰块熔化热的方案，

要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热X的表达式(水和冰的比热容分别用C

水和C.表示)。

五、〔18分〕在一些地区的电力线路敷设过程中，会使用简易绞盘将沉重的

得分评卷人

混凝土电线杆立起来。其主要结构如图4所示。作业前，先将绞盘底座牢固

地固定在地面上，立杆作业时，根据实际需要，安排卜4人分别推动不同的

横杆末端，使横杆绕轴做顺时针转动，这样系在电线杆上的钢丝绳就被不断地缠绕在轴上，

电线杆被逐渐拉起并最终坚直站立。己知，某个绞盘的轴直径Z>10cm,各横杆末端到轴心的

距离L=lm。在一次立杆作业中，所立的电线杆所受重力G=6200N,长Lo=lOm,其重心距粗

端4m。假设在电线杆升至某时刻时的情形如图5所示，设此时绞盘的机械效率『80%,定滑

轮的阻力可忽略不计。

横杆

隹横杆，刃

1.（

为多4

2.员对绞盘相

m

3.股要求绞去再一1z二电线杆江析这

样做白地面

2滑轮照明灯是彳’1瓦瀛L

.....厘不间断工氏”大八JK，剂产口

卜就示。应急照明灯主要由灯泡（或LED灯珠）、蚪池、

充电器、自动控制电路及相关部件组成。在照明电源正常情况下，应Ml*

”心骰明酊

急照明灯通过充电器给蓄电池充电，此时，自动控制电路及相关部件

自动将灯泡（或LED灯珠）与蓄电池断开不发光。当照明电路突然停电

时，应急照明灯通过自动控制电路及相关部件自动把灯泡（或LED灯珠）

跟蓄电池接通，从而实现自动应急照明。下表为某型号应急照明灯的

主要技术数据:

输入电压充电时间应急照明时间应急照明功率

AC220V<24h>90min0.96WX2

应急照明光源蓄电池

种类数量灯泡额定电压类别额定电压容量

灯泡2只2.4VNi-Cd2.4V1.8Ah

1.在该型号应急照明灯刚投入使用阶段，待蓄电池充满电后，可以实现的最长连续应急

照明时间为多少？

2.小兰跟老师提出自己要设计并组装一只简易的应急照明灯。老师告诉她实验室现有以

下器材:双孔插座及与之配套的插头1套、小灯泡〈额定电压：DC3.0~3.4V,额定电流：350mA）

4只、电磁继电器（额定电压：DC6V；额定电流：0.15A）1套及与之配套的低压直流电源（输

入电压：AC220V,输出电压：DC6V）1台、蓄电池（两端电压：6V）1只及与之配套的充电器（输

入电压：AC220V,输出电压：DC6.3V）I只、导线（足量）.如图7所示。

（1）请你帮助小兰在图7上完成简易应急照明灯的接线。要求如下：

①家庭电路正常工作时.，充电器自动给蓄电池充电，各灯泡均不发光；

②当家庭电路停电时，蓄电池自动给各灯泡供电，使各灯泡均正常发光，且在一盏小灯炮

灯丝烧断后还应该有局部小灯泡能正常工作；

（2）小明看到小兰的连接电路后，认为可以去掉低压直流电源，而将电磁铁的两个接线柱

直接接在充电器的输出端。请分析这样做不可行的原因。

2023年第二十二届全国初中应用物理竞赛复赛试题

参考解答和评分标准

说明：

1.提供的参考解答除选择题外，不一定都是惟一正确的。对于那些与此解答不同的解答,

正确的，同样得分。

2.评分标准只是按一种思路与方法给出的。在阅卷过程中会出现各种不同情况，可按照

本评分标准的精神定出具体处理方法，但不要与本评分标准有较大偏离。

3.问答题或计算题是分步给分的。在评分标准中常常写出（1）式几分，（2）式几分……

这里的式子是用来代表步骤的。假设考生并未写出这个式子，而在文字表达或以后的解题过

程中反映了这一步骤，同样得分。没有写出任何式子或文字说明，只给出最后结果的，不能

得分。

4.参考解答中的数字结果是按照有效数字的运算要求给出的，但对考生不做要求。不要

因为有效数字的错误而扣分。

5.在最后定奖时.如果得分相同的人数超过获奖名额，因而难于选拔时，可对待选试卷

进行加分评判。加分评判的根本依据是：

(1)所用方法或原理不是课本所讲的，具有创新性，应加分；

(2)方法简便，应加分；

(3)提出多种正确解法，应加分；

(4)试卷表达标准，条理清楚，能充分利用数学工具，应加分。

上述各项的执行都应由竞赛领导小组做出规定(省统一分配奖励名额的由省决定，地、

市分配奖励名额的由地、市决定)。

—■、(16分)

(1)发电机能够提供的电能印电=尸«r=5kWx8h=40kW-h....................3分

(2)汽油机的效率〃=乜地=二......................................4分

。放四q

所以油箱的最小容积：

V=*=_______产10：Wx8x3600s_=20.9xmn?=20.9LY分

prjq0.71x103kg/m3x0.35x4.6xIO7J/kg

(3)汽油发电机将内能转化为电能的效率

六鸳空二________,5：UWX8/600S__21J04-6分

。以P^q0.71xl03kg/m3x20.9xl0-3m3x4.6xl07J/kg

个，九八5x10”

或〃=〃一^=O.35x---------=21.1%

为8.3x1()3w

二、(16分)

解：(1)该型号热量表能测量的最大供热功率俳稣=2皿='水"=一夕水嗑xA%x

4.2xlO3J/(kg℃)xlQ3kg/m3x2.5m3x5Q℃

=1.46X105W4分

3600s

(2)平均每小时从暖气中得到的热量

=4.2x103J/(kg•℃)x103kg/m3x0.777m3x(52.5-49.7)℃=9.14xl06J......4分

46235.67X3.6X106J

相当于完全燃烧天然气的体积为:=208Im34分

8xlO7J/m3

(3)分析原理可知，为了提高房间内暖气片放出热量的速度，只需调节“水量调节阀"，

加大热水瞬时流量即可。2分

(4)热量表的耗电功率为

WUQ3.6Vx2Ax3600s

np.—---=-------=---1--.-6-x--1--0--4--W----------2分

电t't'5x365x24x3600s

(5)相当于节约的天然气体积为4xl09m3x30%x20%=2.4xl08m3............2分

三、(16分)

解：在自由活塞A上再加放重为G的祛码时，A活塞对工作液体增加的压强为

根据帕斯卡定律，工作液体对活塞B向上增加的压力为AF=2(S?-邑)..........4分

又因为活塞B下底面向上减小的气体压力为AF=(P。一p)S......................................4分

因为活塞B能够回到原来的高度，所以此'=△尸............................4分

即（%_p）S3=U（52_SJ

所以待测容器内的气体压强为〃=%_/-。2—S3)......................4分

四、(16分)

1、实验步骤：

(1)用调好的天平测量小烧杯的质量m“................................2分

(2)用小烧杯盛取足量的水，再用天平测量小烧杯和水的质量m2；...........2分

(3)将水倒入保温桶内，用温度计测量水的温度5..........................2分

(4)提前较长时间将用冰格盛适量水放在冰箱冷冻室里冻成冰块，用蹑子取适量冰块放在小

烧杯中，迅速用天平测量出基总质量IW后，立刻将冰块倒入保温桶内的水中，盖紧桶

盖；.........................................................................3分

(5)轻轻摇晃保温桶使水温均匀，并仔细听声音，能听出冰块熔化完毕后，翻开桶盖，用温

度计测出保温桶内水的温度t2o.............................................3分

2、冰块的熔化热的表达式为：

，。水(碎!-町)&72)-(0，2-C冰X18℃)(m3-)

A—...............................................................................................................................................................................

叫一班

五、(18分)

解：1.如图答1所示，设钢丝绳拉电线杆的力为广，把电线杆看作杠杆，其支点为其粗端端点

O,一

F

由杠杆平衡条件，凄/X.........2分

GX2■电线忏

-6.分

S

S

画

定

滑蛇

绞盘本质上是一个轮轴，假设要施工人员对绞盘横杆的推力尸最小，那么该力应沿水平方向，

作用于横杆末端且与横杆垂直。在这种情况下，设所需的最小推力为人.............1分

设绞盘的轴恰好转动一周，那么推力推动横杆末端移动的距离为号=2TL

工人推力总共做的功为：W&=F-2TTL.....................................1分

绞盘拉动钢丝绳移动的距离为$2=兀D

绞盘对钢丝绳所做的有用功为：吗,m=F'FD................................1分

绞盘的机械效率为〃=—^=匚2=80%................................2分

%F2L

所以9工3.5八10".喇2咖...............................3分

Dr12xlmx0.8

2.在整个立杆过程中，电线杆重力G大小不变。随着电线杆被逐渐拉起，重力G的力臂

LG在逐渐减小：而钢丝绳拉电线杆的力F的力臂小，却在逐渐增大；根据杠杆的平衡条件：

F'XL=GXLG,可知，钢丝绳拉电线杆的力?在逐渐减小。......................2分

又因为，横杆末端到轴心的距离L,轴的直径D以及绞盘的效率〃不变，所以施工人员对绞

盘横杆的最小推力F也在逐渐减小。...........................................1分

3.绞盘离所拉的电线杆适当地远一些，其他情况相同时;可以适当地增大钢丝绳对电线杆

的拉力尸'的力臂心广，在重力G与重力G的力臂LG相同的前提下，使F'减小，从而可以使施

工人员对绞盘横杆的推力F减小一些。..